高强度螺栓的制造工艺

高强度螺栓制造工艺流程 1. 高强度螺栓原材料的选择

在紧固件制造中，正确选择紧固件材料至关重要，因为紧固件的性能与其材料密切相关。冷镦钢是冷镦成形工艺生产的紧固件常用的高互换性钢材。由于其在室温下通过金属塑性加工成形，每个零件的变形量大，变形速度也快。因此，对冷镦钢原材料的性能要求非常严格。(1) 碳含量过高会降低冷成形性能，碳含量过低则无法满足零件的力学性能要求。(2) 锰可以提高钢的渗透性，但添加过多会强化基体组织，影响冷成形性能。(3) 硅会强化铁素体，降低冷成形性能和材料延伸率。(4) 硼元素虽然能显著提高钢的渗透性，但也会增加钢的脆性。硼含量过高对螺栓、螺钉和螺柱等需要良好综合力学性能的工件非常不利。(5) 其他杂质元素的存在会导致晶界偏析，造成晶界脆化，受损钢的力学性能应尽可能降低。

2. 高强度螺栓的球形退火

采用冷镦工艺生产内六角螺栓时，钢材的原始组织会直接影响冷镦成形性能，因此钢材必须具有良好的塑性。在钢材化学成分不变的情况下，金相组织是决定塑性的关键因素。通常认为，片状珠光体较厚不利于冷镦成形，而细小的球状珠光体则能显著提高钢材的塑性变形能力。对于大量用于生产高强度紧固件的中碳钢和中碳合金钢，通常在冷镦前进行球化退火处理，以获得均匀细小的球状珠光体，从而更好地满足实际生产需求。

3. 高强度螺栓的脱壳和除垢

冷镦钢丝的除铁工艺包括剥离和除鳞，主要有两种方法：机械除鳞和化学酸洗。目前，线材的化学酸洗工艺已被机械除鳞工艺所取代，这不仅提高了生产效率，也减少了环境污染。机械除鳞工艺包括弯曲法、喷涂法等，其除鳞效果较好，但残留的铁皮无法完全去除。尤其当铁皮附着力很强时，机械除鳞的效果会受到铁皮厚度、组织结构和应力状态的影响，因此通常用于低强度紧固件用碳钢丝。高强度紧固件用线材在机械除鳞后，为了彻底去除所有氧化皮，还需要进行化学酸洗，即复合除鳞。对于低碳钢丝，机械除鳞后残留的铁皮容易导致晶粒拔模斜度不均匀磨损。当线材与外部温度摩擦导致纹理孔粘附在铁皮上时，线材表面会出现纵向纹理痕迹；当线材冷镦法兰螺栓或圆柱头螺钉时，头部会出现微裂纹。

4. 高强度螺栓拉拔

拉拔工艺的目的是改变原材料的尺寸，其次是通过变形强化获得紧固件的基本力学性能。如果每道次的面积减薄率分布不合理，拉拔过程中线材内部也会出现扭转裂纹。这种沿钢丝纵向呈一定周期性分布的裂纹会在钢丝冷镦过程中暴露出来。此外，如果拉拔过程中润滑不良，也会导致冷拔线材内部出现规则的横向裂纹。从拉丝模具出来的卷绕钢丝的切线方向与拉丝模具的切线方向不一致，会导致拉丝模具单侧拉拔磨损加剧，使内孔变形，造成钢丝周向拉拔变形不均匀，从而导致钢丝圆度超出公差范围，且在冷镦过程中钢丝的横截面应力不均匀，进而影响冷镦通过率。

5. 高强度螺栓的冷镦成形

通常，螺栓头的成形采用冷镦塑性加工。冷镦成形工艺包括切割成形、单工位单点击冷镦、双工位双点击冷镦和多工位自动冷镦。自动冷镦机在多个成形模具中完成冲压、镦粗、挤压和缩径等多工位加工。(1) 使用半封闭式刀具切割坯料，最简便的方法是使用套筒式刀具。(2) 在将短坯料从前一工位传递到下一工位的过程中，对结构复杂的紧固件进行加工，以提高零件精度。(3) 每个成形工位都应配备冲头顶出装置，模具应配备套筒式顶出装置。(4) 主滑块导轨和工艺部件的结构应保证冲头和模具在有效使用期间的定位精度。(5) 挡板上必须安装限位开关以控制材料选择，并注意控制镦粗力。

6. 高强度螺栓螺纹加工

螺栓螺纹通常采用冷加工，其加工精度受限于螺纹精度以及材料是否涂层等因素。滚压螺纹是指利用塑性变形形成螺纹齿的加工方法。它使用与待加工螺纹具有相同螺距和齿形的滚压模具。在挤压圆柱形螺杆毛坯的同时，螺杆毛坯旋转，最终将滚压模具上的齿形传递到螺杆毛坯上，从而形成螺纹。滚压螺纹加工的共同点是滚压圈数不宜过多。圈数过多会导致效率低下，且螺纹齿表面容易出现分离或随机屈曲；反之，圈数过少则会导致螺纹直径偏圆，且滚压初期压力异常高，从而缩短模具寿命。

7. 高强度螺栓的热处理

高强度紧固件必须按照技术要求进行淬火和回火处理。热处理和回火的目的是提高紧固件的综合力学性能，使其满足产品规定的抗拉强度和屈服比。热处理工艺对高强度紧固件，尤其是其固有质量，有着至关重要的影响。因此，为了生产高质量的高强度紧固件，先进的热处理技术和设备必不可少。